Tiristores são chaves eletrônicas de potência que não são totalmente controladas. Muitas vezes, em livros técnicos, você pode ver outro nome para este dispositivo - um tiristor de operação única. Em outras palavras, sob a influência de um sinal de controle, ele é transferido para um estado - condução. Mais especificamente, inclui um circuito. Para desligá-lo, é necessário criar condições especiais que garantam que a corrente contínua no circuito caia para zero.
Características dos tiristores
As chaves de tiristores conduzem corrente elétrica apenas na direção direta e, no estado fechado, podem suportar não apenas a tensão direta, mas também a reversa. A estrutura do tiristor é de quatro camadas, existem três saídas:
- Anodo (indicado pela letra A).
- Catodo (letra C ou K).
- Eletrodo de controle (U ou G).
Tiristores têm uma família inteira de características de corrente-tensão, eles podem ser usados para julgar o estado do elemento. Os tiristores são chaves eletrônicas muito poderosas, são capazes de comutar circuitos em que a tensão pode chegar a 5000 volts e a intensidade da corrente - 5000 amperes (enquanto a frequência não excede 1000 Hz).
Operação do tiristor emCircuitos CC
Um tiristor convencional é ligado aplicando um pulso de corrente na saída de controle. Além disso, deve ser positivo (em relação ao cátodo). A duração do processo transiente depende da natureza da carga (indutiva, ativa), da amplitude e da taxa de aumento no circuito de controle de pulso de corrente, da temperatura do cristal semicondutor, bem como da corrente e tensão aplicadas aos tiristores disponíveis no circuito. As características do circuito dependem diretamente do tipo de elemento semicondutor utilizado.
No circuito em que o tiristor está localizado, a ocorrência de uma alta taxa de aumento de tensão é inaceitável. Ou seja, tal valor no qual o elemento liga espontaneamente (mesmo que não haja sinal no circuito de controle). Mas, ao mesmo tempo, o sinal de controle deve ter uma inclinação muito alta.
Formas de desligar
Dois tipos de comutação de tiristores podem ser distinguidos:
- Natural.
- Forçado.
E agora com mais detalhes sobre cada espécie. Natural ocorre quando o tiristor opera em um circuito de corrente alternada. Além disso, essa comutação ocorre quando a corrente cai para zero. Mas para implementar a comutação forçada pode ser um grande número de maneiras diferentes. Qual controle de tiristor escolher fica a critério do projetista do circuito, mas vale a pena falar sobre cada tipo separadamente.
A forma mais característica de comutação forçada é conectarum capacitor que foi pré-carregado usando um botão (chave). O circuito LC está incluído no circuito de controle do tiristor. Este circuito contém um capacitor totalmente carregado. Durante o processo transitório, a corrente flutua no circuito de carga.
Métodos de comutação forçada
Existem vários outros tipos de comutação forçada. Muitas vezes é usado um circuito que usa um capacitor de comutação com polaridade reversa. Por exemplo, este capacitor pode ser conectado ao circuito usando algum tipo de tiristor auxiliar. Nesse caso, ocorrerá uma descarga no tiristor principal (em funcionamento). Isso levará ao fato de que, no capacitor, a corrente direcionada para a corrente direta do tiristor principal ajudará a reduzir a corrente no circuito a zero. Portanto, o tiristor será desligado. Isso acontece porque o dispositivo tiristor possui características próprias que são características apenas dele.
Existem também esquemas nos quais as cadeias LC são conectadas. Eles são descarregados (e com flutuações). No início, a corrente de descarga flui em direção ao trabalhador e, após equalizar seus valores, o tiristor é desligado. Depois disso, da cadeia oscilatória, a corrente flui através do tiristor para um diodo semicondutor. Nesse caso, enquanto a corrente flui, uma certa tensão é aplicada ao tiristor. É módulo igual à queda de tensão no diodo.
Operação do tiristor em circuitos CA
Se o tiristor estiver incluído no circuito AC, é possível realizar taloperações:
- Ligue ou desligue um circuito elétrico com uma carga ativa-resistiva ou resistiva.
- Alterar o valor médio e efetivo da corrente que passa pela carga, graças à possibilidade de ajustar o momento do sinal de controle.
Teclas de tiristores têm uma característica - elas conduzem corrente em apenas uma direção. Portanto, se você precisar usá-los em circuitos CA, precisará usar a conexão back-to-back. Os valores de corrente efetiva e média podem sofrer alterações devido ao fato de que o momento em que o sinal é aplicado aos tiristores é diferente. Neste caso, a potência do tiristor deve atender aos requisitos mínimos.
Método de controle de fase
No método de controle de fase do tipo forçado, a carga é ajustada alterando os ângulos entre as fases. A comutação artificial pode ser realizada usando circuitos especiais ou é necessário usar tiristores totalmente controlados (bloqueáveis). Com base neles, como regra, é feito um carregador de tiristores, que permite ajustar a intensidade da corrente dependendo do nível de carga da bateria.
Controle de largura de pulso
Eles também chamam de modulação PWM. Durante a abertura dos tiristores, é dado um sinal de controle. As junções estão abertas e há alguma tensão na carga. Durante o fechamento (durante todo o processo transitório) nenhum sinal de controle é aplicado, portanto, os tiristores não conduzem corrente. Ao implementarcurva de corrente de controle de fase não é senoidal, há uma mudança na forma de onda da tensão de alimentação. Consequentemente, há também uma violação do trabalho dos consumidores sensíveis à interferência de alta frequência (aparece incompatibilidade). Um regulador de tiristor tem um design simples, que permitirá alterar o valor necessário sem problemas. E você não precisa usar LATRs enormes.
Tiristores bloqueáveis
Tiristores são chaves eletrônicas muito poderosas usadas para chavear altas tensões e correntes. Mas eles têm uma grande desvantagem - o gerenciamento é incompleto. Mais especificamente, isso se manifesta pelo fato de que, para desligar o tiristor, é necessário criar condições sob as quais a corrente contínua diminua para zero.
É esta característica que impõe algumas restrições ao uso de tiristores, e também complica os circuitos baseados neles. Para se livrar de tais deficiências, foram desenvolvidos projetos especiais de tiristores, que são bloqueados por um sinal ao longo de um eletrodo de controle. Eles são chamados de tiristores de operação dupla ou bloqueáveis.
Design de tiristor bloqueável
A estrutura p-p-p-p de quatro camadas dos tiristores tem suas próprias características. Eles os tornam diferentes dos tiristores convencionais. Agora estamos falando sobre a controlabilidade total do elemento. A característica corrente-tensão (estática) na direção direta é a mesma dos tiristores simples. Isso é apenas um tiristor de corrente contínua pode passar um valor muito maior. Masa função de bloquear grandes tensões reversas para tiristores bloqueáveis não é fornecida. Portanto, é necessário conectá-lo back-to-back com um diodo semicondutor.
Uma característica de um tiristor bloqueável é uma queda significativa nas tensões diretas. Para fazer um desligamento, um pulso de corrente potente (negativo, na proporção de 1:5 para o valor de corrente contínua) deve ser aplicado à saída de controle. Mas apenas a duração do pulso deve ser a mais curta possível - 10 … 100 μs. Os tiristores bloqueáveis têm uma tensão e corrente limitantes mais baixas do que os convencionais. A diferença é de aproximadamente 25-30%.
Tipos de tiristores
Os bloqueáveis foram discutidos acima, mas existem muitos outros tipos de tiristores semicondutores que também vale a pena mencionar. Uma grande variedade de designs (carregadores, interruptores, reguladores de potência) usam certos tipos de tiristores. Em algum lugar é necessário que o controle seja realizado fornecendo um fluxo de luz, o que significa que um optotiristor é usado. Sua peculiaridade reside no fato de que o circuito de controle usa um cristal semicondutor sensível à luz. Os parâmetros dos tiristores são diferentes, todos têm suas próprias características, características apenas para eles. Portanto, é necessário, pelo menos em termos gerais, entender que tipos desses semicondutores existem e onde eles podem ser usados. Então, aqui está a lista completa e as principais características de cada tipo:
- Díodo-tiristor. O equivalente a este elemento é um tiristor, ao qual está conectado em antiparalelodiodo semicondutor.
- Dinistor (tiristor de diodo). Ele pode se tornar totalmente condutor se um determinado nível de tensão for excedido.
- Triac (tiristor simétrico). Seu equivalente são dois tiristores conectados em antiparalelo.
- O tiristor do inversor de alta velocidade tem uma alta velocidade de comutação (5… 50 µs).
- Tiristores controlados por transistor de campo. Muitas vezes você pode encontrar designs baseados em MOSFETs.
- Tiristores ópticos controlados por fluxos de luz.
Implementar proteção do elemento
Tiristores são dispositivos que são críticos para as taxas de variação de corrente direta e tensão direta. Eles, como diodos semicondutores, são caracterizados por um fenômeno como o fluxo de correntes de recuperação reversa, que cai muito rápida e bruscamente para zero, agravando assim a probabilidade de sobretensão. Esta sobretensão é consequência do fato de que a corrente pára abruptamente em todos os elementos do circuito que possuem indutância (mesmo indutâncias ultrabaixas típicas de instalação - fios, trilhos de placa). Para implementar a proteção, é necessário usar uma variedade de esquemas que permitem proteger-se de altas tensões e correntes em modos de operação dinâmicos.
Como regra, a resistência indutiva da fonte de tensão que entra no circuito de um tiristor em funcionamento tem um valor tal que é mais que suficiente para não incluir algunsindutância. Por esse motivo, na prática, uma cadeia de formação de caminho de comutação é mais usada, o que reduz significativamente a velocidade e o nível de sobretensão no circuito quando o tiristor é desligado. Os circuitos capacitivos-resistivos são mais comumente usados para esta finalidade. Eles estão conectados com o tiristor em paralelo. Existem alguns tipos de modificações de circuitos de tais circuitos, bem como métodos para seu cálculo, parâmetros para a operação de tiristores em vários modos e condições. Mas o circuito para formar a trajetória de comutação do tiristor bloqueável será o mesmo dos transistores.
